DE102020211578A1 - Enclosed fuel cell stack, fuel cell system with fuel cell stack and method for manufacturing an encapsulated fuel cell stack - Google Patents

Enclosed fuel cell stack, fuel cell system with fuel cell stack and method for manufacturing an encapsulated fuel cell stack Download PDF

Info

Publication number
DE102020211578A1
DE102020211578A1 DE102020211578.8A DE102020211578A DE102020211578A1 DE 102020211578 A1 DE102020211578 A1 DE 102020211578A1 DE 102020211578 A DE102020211578 A DE 102020211578A DE 102020211578 A1 DE102020211578 A1 DE 102020211578A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
support structure
housing
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020211578.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Felix Wald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102020211578.8A priority Critical patent/DE102020211578A1/en
Publication of DE102020211578A1 publication Critical patent/DE102020211578A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2404—Processes or apparatus for grouping fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen eingehausten Brennstoffzellenstapel (1), umfassend eine Vielzahl von Brennstoffzellen (2) in gestapelter Anordnung, wobei der Brennstoffzellenstapel (1) von einem Gehäuse (3) umgeben und derart innerhalb des Gehäuses (3) orientiert ist, dass die Brennstoffzellen (2) aufrecht stehend im Gehäuse (3) aufgenommen sind, und wobei der Brennstoffzellenstapel (1) innerhalb des Gehäuses (3) auf einer Stützstruktur (4) aufliegt, die in Stapelrichtung (11) nachgiebig ist und mindestens einen Strömungskanal (5) zum Umspülen des Brennstoffzellenstapels (1) mit Luft oder einem anderen Medium ausbildet.Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel (1) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines eingehausten Brennstoffzellenstapels (1).The invention relates to an enclosed fuel cell stack (1) comprising a plurality of fuel cells (2) in a stacked arrangement, the fuel cell stack (1) being surrounded by a housing (3) and being oriented within the housing (3) in such a way that the fuel cells ( 2) are accommodated upright in the housing (3), and the fuel cell stack (1) rests within the housing (3) on a support structure (4) which is flexible in the stacking direction (11) and at least one flow channel (5) for flushing of the fuel cell stack (1) with air or another medium.The invention also relates to a fuel cell system with a fuel cell stack (1) according to the invention and a method for producing an encased fuel cell stack (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen eingehausten Brennstoffzellenstapel, umfassend eine Vielzahl von Brennstoffzellen in gestapelter Anordnung. Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel sowie ein Verfahren zur Herstellung eines eingehausten Brennstoffzellenstapels.The invention relates to an encased fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells in a stacked arrangement. The invention also relates to a fuel cell system with a fuel cell stack according to the invention and a method for producing an enclosed fuel cell stack.

Stand der TechnikState of the art

Wasserstoff basierte Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff mit Hilfe von Sauerstoff in elektrische Energie. Als Nebenprodukte entstehen Wärme und Wasser. Zur Leistungssteigerung können mehrere Brennstoffzellen gestapelt werden, so dass ein Brennstoffzellenstapel, auch „Stack“ genannt, entsteht. Ein solcher kann mehrere Hundert Einzelzellen umfassen. Die mit Hilfe eines Brennstoffzellenstapels erzeugte elektrische Energie kann beispielsweise zum Antreiben eines Fahrzeugs genutzt werden.Hydrogen-based fuel cells convert hydrogen into electrical energy with the help of oxygen. The by-products are heat and water. To increase performance, several fuel cells can be stacked, creating a fuel cell stack, also known as a "stack". Such a cell can include several hundred individual cells. The electrical energy generated using a fuel cell stack can be used to drive a vehicle, for example.

Bei der Herstellung eines Brennstoffzellenstapels werden die Brennstoffzellen gestapelt, das heißt aufeinandergelegt, und zwar in der Weise, dass in den einzelnen Brennstoffzellen ausgebildete Öffnungen exakt übereinanderliegen und Versorgungskanäle, insbesondere für die beiden Reaktanten, ausbilden. Die gestapelten Brennstoffzellen werden anschließend verbunden. Zur Herstellung eines eingehausten Brennstoffzellenstapels wird der Verbund aus gestapelten Brennstoffzellen in ein Gehäuse eingesetzt. In Abhängigkeit von der jeweiligen Einbausituation kann der Brennstoffzellenstapel stehend oder liegend verbaut werden. Beim liegenden Verbau wird der Brennstoffzellen-Verbund derart im Gehäuse orientiert, dass die einzelnen Brennstoffzellen aufrecht stehend im Gehäuse aufgenommen sind. Das heißt, dass die Stapelrichtung der Brennstoffzellen nicht mehr senkrecht, sondern im Wesentlichen horizontal verläuft. Die Brennstoffzellen liegen nicht mehr übereinander, sondern nebeneinander.In the manufacture of a fuel cell stack, the fuel cells are stacked, ie placed one on top of the other, in such a way that openings formed in the individual fuel cells lie exactly one above the other and form supply channels, in particular for the two reactants. The stacked fuel cells are then connected. To produce an enclosed fuel cell stack, the combination of stacked fuel cells is inserted into a housing. Depending on the respective installation situation, the fuel cell stack can be installed standing or lying down. When installed horizontally, the fuel cell assembly is oriented in the housing in such a way that the individual fuel cells are accommodated in the housing in an upright position. This means that the direction in which the fuel cells are stacked is no longer vertical, but essentially horizontal. The fuel cells are no longer on top of each other, but next to each other.

Wie beispielhaft in der 5 dargestellt, wirken auf einen horizontal liegenden Brennstoffzellenstapel 1 Kräfte F, insbesondere eine Gewichtskraft, die vom Eigengewicht und von äußeren Einwirkungen, wie beispielsweise Erschütterungen, abhängt. Diese führen bei einer Lagerung bestehend aus einem Festlager 12 und einem Loslager 13 dazu, dass sich der Brennstoffzellenstapel 1 durchbiegt und sich die einzelnen Brennstoffzellen 2 gegeneinander verschieben. Die Kombination aus Festlager 12 und Loslager 13 wird jedoch benötigt, um thermisch bedingte Längenänderungen des Brennstoffzellenstapels 1 auszugleichen. Zugleich sollte die Lagerung ein Umspülen des Brennstoffzellenstapels 1 mit Umgebungsluft ermöglichen, um schädliche Mengen an Wasserstoff, die während des Betriebs im Wege der Leckage aus dem Brennstoffzellenstapel 1 austreten, zu verdünnen und aus dem Gehäuse abzuführen.As exemplified in the 5 shown, forces F act on a horizontal fuel cell stack 1, in particular a weight force that depends on its own weight and on external influences, such as vibrations. In the case of a bearing consisting of a fixed bearing 12 and a floating bearing 13, these cause the fuel cell stack 1 to sag and the individual fuel cells 2 to move relative to one another. However, the combination of fixed bearing 12 and floating bearing 13 is required in order to compensate for thermally induced changes in length of the fuel cell stack 1 . At the same time, the storage should allow the fuel cell stack 1 to be flushed with ambient air in order to dilute harmful amounts of hydrogen that leak out of the fuel cell stack 1 during operation and remove it from the housing.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die mechanische Stabilität eines in einem Gehäuse aufgenommenen, horizontal liegenden Brennstoffzellenstapels zu erhöhen. Insbesondere soll verhindert werden, dass sich der Brennstoffzellenstapel durchbiegt und sich die Brennstoffzellen gegeneinander verschieben. Thermisch bedingte Längenänderungen des Brennstoffzellenstapels sowie ein Umspülen des Brennstoffzellenstapels sollen dabei weiterhin möglich sein.Proceeding from the prior art described above, the object of the present invention is to increase the mechanical stability of a horizontally lying fuel cell stack accommodated in a housing. In particular, the aim is to prevent the fuel cell stack from bending and the fuel cells from shifting in relation to one another. Thermally induced changes in the length of the fuel cell stack and flushing of the fuel cell stack should continue to be possible.

Zur Lösung der Aufgabe wird der eingehauste Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner werden ein Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel sowie ein Verfahren zur Herstellung eines eingehausten Brennstoffzellenstapels angegeben.To solve the problem, the housed fuel cell stack with the features of claim 1 is proposed. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims. Furthermore, a fuel cell system with a fuel cell stack according to the invention and a method for producing an enclosed fuel cell stack are specified.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Der vorgeschlagene eingehauste Brennstoffzellenstapel umfasst eine Vielzahl von Brennstoffzellen in gestapelter Anordnung. Der Brennstoffzellenstapel ist dabei von einem Gehäuse umgeben und derart innerhalb des Gehäuses orientiert ist, dass die Brennstoffzellen aufrecht stehend im Gehäuse aufgenommen sind. Der Brennstoffzellenstapel liegt dabei innerhalb des Gehäuses auf einer Stützstruktur auf, die in Stapelrichtung nachgiebig ist und mindestens einen Strömungskanal zum Umspülen des Brennstoffzellenstapels mit Luft oder einem anderen Medium ausbildet.The proposed canned fuel cell stack includes a plurality of fuel cells in a stacked arrangement. The fuel cell stack is surrounded by a housing and is oriented within the housing in such a way that the fuel cells are accommodated in the housing in an upright position. The fuel cell stack rests within the housing on a support structure that is flexible in the direction of the stack and forms at least one flow channel for flushing the fuel cell stack with air or another medium.

Die unter dem Brennstoffzellenstapel angeordnete Stützstruktur stützt diesen und verhindert somit, dass dieser sich durchbiegt. Die Stützstruktur erstreckt sich hierzu in Längen- und/oder Breitenrichtung des Brennstoffzellenstapels jeweils zumindest über einen Teilbereich, vorzugsweise über die gesamte Länge und/oder Breite des Brennstoffzellenstapels. Sofern die Ausdehnung der Stützstruktur in Längen- und/oder Breitenrichtung kleiner als die des Brennstoffzellenstapels ist, erfolgt vorzugsweise die Anordnung der Stützstruktur im Wesentlichen mittig in Bezug auf die entsprechende Ausdehnung des Brennstoffzellenstapels. Die Stützstruktur kann zudem mehrteilig ausgebildet sein, so dass der Brennstoffzellenstapel in mehreren Bereichen durch die Stützstruktur unterstützt ist.The support structure arranged under the fuel cell stack supports it and thus prevents it from bending. For this purpose, the support structure extends in the length and/or width direction of the fuel cell stack at least over a partial area, preferably over the entire length and/or width of the fuel cell stack. If the extent of the support structure in the length and/or width direction is smaller than that of the fuel cell stack, the support structure is preferably arranged essentially in the center with respect to the corresponding extent of the fuel cell stack. The support structure can also be designed in multiple parts, so that the fuel cell stack is supported by the support structure in several areas.

Dadurch, dass der Brennstoffzellenstapel im Gehäuse auf einer Stützstruktur aufliegt, wird ein Abstand des Brennstoffzellenstapels zum Gehäuseboden eingehalten. Dieser Abstand kann zum Umspülen des Brennstoffzellenstapels genutzt werden. Da die Stützstruktur mindestens einen Strömungskanal ausbildet, kann der Brennstoffzellenstapel auch im Bereich der Stützstruktur umspült werden. Dadurch ist sichergestellt, dass aus dem Brennstoffzellenstapel austretende Leckagemengen sicher verdünnt und abgeführt werden. Bei einer mehrteiligen Ausbildung der Stützstruktur können Abstände zwischen den Teilen der Stützstruktur als Strömungskanäle genutzt werden. Da zudem die Stützstruktur in Stapelrichtung nachgiebig ist, lässt sie weiterhin thermisch bedingte Längenänderungen des Brennstoffzellenstapels zu.Because the fuel cell stack rests on a support structure in the housing, a distance between the fuel cell stack and the bottom of the housing is maintained. This distance can be used to flush the fuel cell stack. Since the support structure forms at least one flow channel, the fuel cell stack can also be washed around in the area of the support structure. This ensures that leakage quantities escaping from the fuel cell stack are reliably diluted and discharged. With a multi-part design of the support structure, distances between the parts of the support structure can be used as flow channels. In addition, since the support structure is flexible in the direction of the stack, it also allows thermally induced changes in length of the fuel cell stack.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Stützstruktur punkt- oder linienförmige Kontaktbereiche zur Kontaktierung des aufliegenden Brennstoffzellenstapels auf. Das heißt, dass der Brennstoffzellenstapel nicht vollflächig auf der Stützstruktur aufliegt, sondern lediglich im Bereich der punkt- oder linienförmigen Kontaktbereiche. Die Zwischenräume können zum Umspülen des Brennstoffzellenstapels genutzt werden. Die punkt- oder linienförmigen Kontaktbereiche sind bevorzugt regelmäßig, beispielsweise in gleichen Abständen in Längen- und/oder Breitenrichtung bzw. in einem regelmäßigen Raster, angeordnet. Durch die regelmäßige Anordnung der punkt- oder linienförmigen Kontaktbereiche wird eine gleichmäßige Abstützung des Brennstoffzellenstapels erreicht.According to a preferred embodiment of the invention, the support structure has punctiform or linear contact areas for contacting the fuel cell stack lying thereon. This means that the fuel cell stack does not rest on the support structure over its entire surface, but only in the area of the point or line contact areas. The gaps can be used to flush the fuel cell stack. The contact areas in the form of points or lines are preferably arranged regularly, for example at equal distances in the length and/or width direction or in a regular grid. Uniform support of the fuel cell stack is achieved by the regular arrangement of the punctiform or linear contact areas.

Zur Ausbildung linienförmiger Kontaktbereiche wird vorgeschlagen, dass die Stützstruktur eine in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels wellenförmige und/oder gefaltete Struktur aufweist. Derartige Strukturen weisen eine gewisse Formelastizität auf, so dass hierüber die gewünschte Nachgiebigkeit der Stützstruktur in Stapelrichtung erzielbar ist. Senkrecht zur Stapelrichtung ist die Stützstruktur dagegen ausreichend belastbar, um den Brennstoffzellenstapel zu stützen. Gefaltete Strukturen bilden vorzugsweise Grate aus, auf denen der Brennstoffzellenstapel aufliegt. Die Grate können abgeflacht ausgebildet sein, um die Auflagerfläche in den linienförmigen Kontaktbereichen zu vergrößern.In order to form linear contact areas, it is proposed that the support structure have a structure that is corrugated and/or folded in the stacking direction of the fuel cell stack. Structures of this type have a certain shape elasticity, so that the desired resilience of the support structure in the stacking direction can be achieved in this way. In contrast, the support structure can be sufficiently loaded perpendicularly to the stacking direction in order to support the fuel cell stack. Folded structures preferably form ridges on which the fuel cell stack rests. The ridges may be flattened to increase the bearing area in the linear contact areas.

Zur Ausbildung punktförmiger Kontaktbereiche kann die Stützstruktur eine Vielzahl von Erhebungen, wie beispielsweise Noppen, aufweisen. Diese sind vorzugsweise in einem regelmäßigen Raster angeordnet. Die Erhebungen können auf ihrer Oberseite abgeflacht ausgebildet sein, um die Auflagerfläche in den punktförmiger Kontaktbereichen zu vergrößern.In order to form punctiform contact areas, the support structure can have a large number of elevations, such as knobs. These are preferably arranged in a regular grid. The elevations can be flattened on their upper side in order to increase the bearing surface in the punctiform contact areas.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Stützstruktur in den punkt- oder linienförmigen Kontaktbereichen jeweils eine Nut zur bereichsweisen Aufnahme einer Brennstoffzelle aufweist. Bei einer wellenförmigen Stützstruktur ist jeweils eine Nut im Bereich des oberen Scheitelpunkts einer Welle angeordnet. Bei einer gefalteten Stützstruktur ist jeweils eine Nut im Bereich eines Grats angeordnet. Punktuelle Erhebungen, beispielsweise in Form von Noppen, können ebenfalls Nuten aufweisen. Mit Hilfe der Nuten wird eine formschlüssige Verbindung zwischen einzelnen Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels und der Stützstruktur erreicht, die jedoch weiterhin thermisch bedingte Längenänderungen des Brennstoffzellenstapels zulässt.In a development of the invention, it is proposed that the support structure has a groove in each of the punctiform or linear contact areas for accommodating a fuel cell in areas. In the case of a wave-shaped support structure, a groove is arranged in the region of the upper apex of a wave. In the case of a folded support structure, a groove is arranged in the region of a ridge. Punctual elevations, for example in the form of nubs, can also have grooves. With the help of the grooves, a form-fitting connection is achieved between individual fuel cells of the fuel cell stack and the support structure, which, however, still allows thermally induced changes in length of the fuel cell stack.

Stützstrukturen mit punktuellen Erhebungen erleichtern das Umspülen des Brennstoffzellenstapels, da ein maximaler Freiraum zwischen dem Brennstoffzellenstapel und dem Gehäuseboden verbleibt. Zudem kann allein über die verbleibenden Zwischenräume der Brennstoffzellenstapel sowohl in Längen- als auch in Breitenrichtung umspült werden. Die Ausbildung eines gesonderten Strömungskanals ist demnach nicht erforderlich.Support structures with selective elevations make it easier to flush the fuel cell stack, since there is maximum free space between the fuel cell stack and the bottom of the housing. In addition, it is possible to flow around the fuel cell stacks both in the lengthwise and in the widthwise direction solely via the remaining gaps. The formation of a separate flow channel is therefore not necessary.

Stützstrukturen, die eine in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels wellenförmige und/oder gefaltete Struktur aufweisen, besitzen den Vorteil einer hohen Formelastizität und erleichtern somit den thermischen Längenausgleich des Brennstoffzellenstapels. Zum Umspülen des Brennstoffzellenstapels bilden sie quer zur Stapelrichtung Strömungskanäle aus. In Stapelrichtung wird ein Umspülen jedoch durch die einzelnen Wellen bzw. Falten behindert.Support structures that have a structure that is wavy and/or folded in the stacking direction of the fuel cell stack have the advantage of high dimensional elasticity and thus facilitate the thermal length compensation of the fuel cell stack. To flush the fuel cell stack, they form flow channels transverse to the direction of the stack. In the stacking direction, however, washing around is prevented by the individual waves or folds.

Daher wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass der mindestens eine Strömungskanal in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels verläuft. Dies gilt im Besonderen, wenn die Stützstruktur eine in Stapelrichtung wellenförmige und/oder gefaltete Struktur aufweist. Denn dann sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, die ein Umspülen des Brennstoffzellenstapels in Stapelrichtung ermöglichen. In der Richtung quer zur Stapelrichtung kann über die verbleibenden Freiräume zwischen den einzelnen Wellen bzw. Falten gespült werden.It is therefore proposed in a development of the invention that the at least one flow channel runs in the stacking direction of the fuel cell stack. This applies in particular if the support structure has a structure which is wavy and/or folded in the stacking direction. Because then additional measures are required that allow flushing of the fuel cell stack in the direction of the stack. In the direction transverse to the stacking direction, the remaining free spaces between the individual corrugations or folds can be flushed.

Bevorzugt weist daher die Stützstruktur zur Ausbildung des mindestens einen Strömungskanals mindestens eine Ausnehmung und/oder Aussparung auf. Vorzugsweise ist in jeder Welle bzw. in jeder Falte der Stützstruktur mindestens eine Ausnehmung und/oder Aussparung vorgesehen. Auf diese Weise wird ein in Stapelrichtung durchgehender Strömungskanal ausgebildet. Der Verlauf des Strömungskanals muss dabei nicht zwingend gerade sein. Das heißt, dass die mehreren Ausnehmungen und/oder Aussparungen über die Breite und/oder Höhe der Stützstruktur versetzt zueinander angeordnet sein können.The support structure therefore preferably has at least one cutout and/or recess to form the at least one flow channel. At least one cutout and/or opening is preferably provided in each corrugation or in each fold of the support structure. In this way, a continuous flow channel is formed in the stacking direction. The course of the flow channel does not necessarily have to be straight be. This means that the plurality of recesses and/or openings can be offset from one another over the width and/or height of the support structure.

Die Stützstruktur ist ferner bevorzugt aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, beispielsweise aus Kunststoff, gefertigt. Dadurch ist sichergestellt, dass der Brennstoffzellenstapel vom Gehäuse elektrisch isoliert ist.The support structure is also preferably made of an electrically non-conductive material, for example plastic. This ensures that the fuel cell stack is electrically isolated from the housing.

Des Weiteren wird ein Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel vorgeschlagen. In dem Brennstoffzellensystem kann der Brennstoffzellenstapel horizontal liegend verbaut werden, ohne dass die Gefahr eines Durchbiegens und/oder Verschiebens der Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels gegeneinander besteht, da der Brennstoffzellenstapel auf einer Stützstruktur liegt. In Stapelrichtung ist die Stützstruktur nachgiebig, so dass sie thermisch bedingte Längenänderungen des Brennstoffzellenstapels zulässt. Ferner bildet sie mindestens einen Strömungskanal zum Umspülen des Brennstoffzellenstapels aus.Furthermore, a fuel cell system with a fuel cell stack according to the invention is proposed. In the fuel cell system, the fuel cell stack can be installed lying horizontally without the risk of the fuel cells of the fuel cell stack bending and/or shifting relative to one another, since the fuel cell stack lies on a support structure. The support structure is flexible in the direction of the stack, so that it allows thermally induced changes in the length of the fuel cell stack. Furthermore, it forms at least one flow channel for flushing the fuel cell stack.

Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines eingehausten Brennstoffzellenstapels, umfassend eine Vielzahl von Brennstoffzellen in gestapelter Anordnung, vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird der Brennstoffzellenstapel beim Einsetzen in ein Gehäuse derart orientiert, dass die Brennstoffzellen aufrecht stehend im Gehäuse aufgenommen sind. Zur Einhaltung eines Abstands zwischen dem Brennstoffzellenstapel und dem Gehäuse wird eine Stützstruktur unter dem Brennstoffzellenstapel angeordnet, die ein Durchbigen des Brennstoffzellenstapels verhindert und mindestens einen Strömungskanal zum Umspülen des Brennstoffzellenstapels mit Luft oder einem anderen Medium ausbildet.In addition, a method for producing an encased fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells in a stacked arrangement is proposed. In the method, when the fuel cell stack is inserted into a housing, it is oriented in such a way that the fuel cells are accommodated in the housing in an upright position. To maintain a distance between the fuel cell stack and the housing, a support structure is arranged under the fuel cell stack, which prevents the fuel cell stack from sagging and forms at least one flow channel for flushing the fuel cell stack with air or another medium.

Die Stützstruktur kann dabei insbesondere wie die Stützstruktur des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels ausgebildet sein. Das heißt, dass sie punktuelle und/oder linienförmige Kontaktbereiche aufweisen kann, auf denen der Brennstoffzellenstapel aufliegt. Insbesondere kann die Stützstruktur eine wellenförmige oder gefaltete Struktur aufweisen. Zur Ausbildung punktförmiger Kontaktbereiche kann sie auch punktuelle Erhebungen in Form von Noppen besitzen. Alle genannten Strukturen bilden Strömungskanäle zum Umspülen des Brennstoffzellenstapels aus. Ferner sind sie in Stapelrichtung nachgiebig, so dass sie thermisch bedingte Längenänderungen des Brennstoffzellenstapels zulassen. Bei Bedarf kann in der Stützstruktur mindestens eine Ausnehmung und/oder Aussparung zur Ausbildung eines Strömungskanals vorgesehen werden.The support structure can be designed in particular like the support structure of the fuel cell stack according to the invention described above. This means that it can have punctiform and/or linear contact areas on which the fuel cell stack rests. In particular, the support structure can have a wavy or folded structure. To form punctiform contact areas, it can also have punctiform elevations in the form of knobs. All of the structures mentioned form flow channels for flushing the fuel cell stack. Furthermore, they are flexible in the stacking direction, so that they allow thermally induced changes in the length of the fuel cell stack. If required, at least one recess and/or cutout can be provided in the support structure to form a flow channel.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

  • 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel,
  • 2 einen schematischen Querschnitt durch den Brennstoffzellenstapel der 1,
  • 3 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich einer Abstützung des Brennstoffzellenstapels,
  • 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels und
  • 5 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Brennstoffzellenstapels.
Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. These show:
  • 1 a schematic longitudinal section through a fuel cell stack according to the invention,
  • 2 a schematic cross section through the fuel cell stack 1 ,
  • 3 an enlarged section of the 1 in the area of a support for the fuel cell stack,
  • 4 a schematic representation of a fuel cell stack according to the invention and
  • 5 a schematic representation of a conventional fuel cell stack.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Der 1 ist ein erfindungsgemäßer eingehauster Brennstoffzellenstapel 1 zu entnehmen, der in einem Gehäuse 3 aufgenommen ist und eine Vielzahl von Brennstoffzellen 2 in gestapelter Anordnung aufweist. Der Brennstoffzellenstapel 1 ist derart orientiert, dass die einzelnen Brennstoffzellen 2 aufrecht stehen bzw. nebeneinander angeordnet sind. Die Stapelrichtung 11 verläuft demnach horizontal. Der dargestellte Brennstoffzellenstapel 1 liegt innerhalb des Gehäuses 3 auf einer Stützstruktur 4 auf, so dass ein Durchbiegen des Brennstoffzellenstapels 1 verhindert wird. Die Stützstruktur 4 ist in Stapelrichtung 11 gefaltet und damit nachgiebig, so dass sie thermisch bedingte Längenänderungen des Brennstoffzellenstapels 1 zulässt. Die einzelnen Falten weisen Grate 7 auf, so dass linienförmige Kontaktbereiche 6 ausgebildet werden, auf denen der Brennstoffzellenstapel 1 aufliegt. Die Grate 7 sind abgeflacht, um die Auflagerfläche zu vergrößern.the 1 shows a housed fuel cell stack 1 according to the invention, which is accommodated in a housing 3 and has a multiplicity of fuel cells 2 in a stacked arrangement. The fuel cell stack 1 is oriented in such a way that the individual fuel cells 2 stand upright or are arranged next to one another. The stacking direction 11 therefore runs horizontally. The fuel cell stack 1 shown rests on a support structure 4 within the housing 3, so that the fuel cell stack 1 is prevented from sagging. The support structure 4 is folded in the stacking direction 11 and is therefore flexible, so that it allows length changes of the fuel cell stack 1 caused by heat. The individual folds have ridges 7, so that linear contact areas 6 are formed, on which the fuel cell stack 1 rests. The ridges 7 are flattened to increase the bearing area.

Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, weist die Stützstruktur 4 Ausnehmungen 9 und Aussparungen 10 auf, so dass in Stapelrichtung 11 verlaufende Strömungskanäle 5 ausgebildet werden (siehe Pfeil in der 4). Der Brennstoffzellenstapel 1 kann somit über die Strömungskanäle 5 sowie über Zwischenräume 14, die quer zur Stapelrichtung 11 durch die gefaltete Stützstruktur 4 gebildet werden (siehe 1), mit Luft umspült werden.Like that one in particular 2 As can be seen, the support structure 4 has recesses 9 and recesses 10, so that flow channels 5 running in the stacking direction 11 are formed (see arrow in Fig 4 ). The fuel cell stack 1 can thus be formed via the flow channels 5 and via intermediate spaces 14, which are formed transversely to the stacking direction 11 by the folded support structure 4 (see FIG 1 ), flushed with air.

Wie beispielhaft in der 3 dargestellt, können die einzelnen Falten der Stützstruktur 4 im Bereich ihrer abgeflachten Grate 7 jeweils eine Nut 8 aufweisen. In diese kann eine Brennstoffzelle 2 bzw. eine Bipolarplatte einer Brennstoffzelle 2 eingesetzt werden, so dass ein Formschluss zwischen dem Brennstoffzellenstapel 1 und der Stützstruktur 4 hergestellt wird. Auf diese Weise ist die einzelne Brennstoffzelle 2 optimal abgestützt. Dabei muss nicht jede Brennstoffzelle 2 des Brennstoffzellenstapels 1 unmittelbar durch die Stützstruktur 4 abgestützt werden.As exemplified in the 3 shown, the individual folds of the support structure 4 can each have a groove 8 in the region of their flattened ridges 7 . A fuel cell 2 or a bipolar plate of a fuel cell 2 can be inserted into this, so that a positive connection is produced between the fuel cell stack 1 and the support structure 4 . In this way, the individual fuel cell 2 is optimally supported. while having to not every fuel cell 2 of the fuel cell stack 1 is supported directly by the support structure 4 .

Zur Erläuterung der 5 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.To explain the 5 reference is made to the introduction to the description.

Claims (9)

Eingehauster Brennstoffzellenstapel (1), umfassend eine Vielzahl von Brennstoffzellen (2) in gestapelter Anordnung, wobei der Brennstoffzellenstapel (1) von einem Gehäuse (3) umgeben und derart innerhalb des Gehäuses (3) orientiert ist, dass die Brennstoffzellen (2) aufrecht stehend im Gehäuse (3) aufgenommen sind, und wobei der Brennstoffzellenstapel (1) innerhalb des Gehäuses (3) auf einer Stützstruktur (4) aufliegt, die in Stapelrichtung (11) nachgiebig ist und mindestens einen Strömungskanal (5) zum Umspülen des Brennstoffzellenstapels (1) mit Luft oder einem anderen Medium ausbildet.A housed fuel cell stack (1) comprising a plurality of fuel cells (2) in a stacked arrangement, the fuel cell stack (1) being surrounded by a housing (3) and oriented within the housing (3) such that the fuel cells (2) are upright are accommodated in the housing (3), and wherein the fuel cell stack (1) rests within the housing (3) on a support structure (4) which is flexible in the stacking direction (11) and has at least one flow channel (5) for flushing the fuel cell stack (1 ) forms with air or another medium. Brennstoffzellenstapel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (4) punkt- oder linienförmige Kontaktbereiche (6) zur Kontaktierung des aufliegenden Brennstoffzellenstapels (1) aufweist.Fuel cell stack (1) after claim 1 , characterized in that the support structure (4) has punctiform or linear contact areas (6) for contacting the overlying fuel cell stack (1). Brennstoffzellenstapel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (4) eine in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels (1) wellenförmige und/oder gefaltete Struktur aufweist.Fuel cell stack (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the supporting structure (4) has a wavy and/or folded structure in the stacking direction of the fuel cell stack (1). Brennstoffzellenstapel (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (4) in den punkt- oder linienförmigen Kontaktbereichen (6) jeweils eine Nut (8) zur bereichsweisen Aufnahme einer Brennstoffzelle (2) aufweist.Fuel cell stack (1) after claim 2 or 3 , characterized in that the support structure (4) in the punctiform or linear contact areas (6) each have a groove (8) for regionally receiving a fuel cell (2). Brennstoffzellenstapel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strömungskanal (5) in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels (1) verläuft.Fuel cell stack (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one flow channel (5) runs in the stacking direction of the fuel cell stack (1). Brennstoffzellenstapel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (4) zur Ausbildung des mindestens einen Strömungskanals (5) mindestens eine Ausnehmung (9) und/oder Aussparung (10) aufweist.Fuel cell stack (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the supporting structure (4) has at least one recess (9) and/or opening (10) to form the at least one flow channel (5). Brennstoffzellenstapel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (4) aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, beispielsweise aus Kunststoff, gefertigt ist.Fuel cell stack (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the support structure (4) is made of an electrically non-conductive material, for example plastic. Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Fuel cell system with a fuel cell stack (1) according to one of the preceding claims. Verfahren zur Herstellung eines eingehausten Brennstoffzellenstapels (1), umfassend eine Vielzahl von Brennstoffzellen (2) in gestapelter Anordnung, bei dem der Brennstoffzellenstapel (1) beim Einsetzen in ein Gehäuse (3) derart orientiert wird, dass die Brennstoffzellen (2) aufrecht stehend im Gehäuse (3) aufgenommen sind, und bei dem zur Einhaltung eines Abstands zwischen dem Brennstoffzellenstapel (1) und dem Gehäuse (3) eine Stützstruktur (4) unter dem Brennstoffzellenstapel (1) angeordnet wird, die ein Durchbigen des Brennstoffzellenstapels (1) verhindert und mindestens einen Strömungskanal (5) zum Umspülen des Brennstoffzellenstapels (1) mit Luft oder einem anderen Medium ausbildet.A method for producing an encased fuel cell stack (1), comprising a plurality of fuel cells (2) in a stacked arrangement, in which the fuel cell stack (1) is oriented when it is inserted into a housing (3) in such a way that the fuel cells (2) are upright in the housing (3), and in which, in order to maintain a distance between the fuel cell stack (1) and the housing (3), a support structure (4) is arranged under the fuel cell stack (1), which prevents the fuel cell stack (1) from sagging and forms at least one flow channel (5) for flushing the fuel cell stack (1) with air or another medium.
DE102020211578.8A 2020-09-16 2020-09-16 Enclosed fuel cell stack, fuel cell system with fuel cell stack and method for manufacturing an encapsulated fuel cell stack Pending DE102020211578A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020211578.8A DE102020211578A1 (en) 2020-09-16 2020-09-16 Enclosed fuel cell stack, fuel cell system with fuel cell stack and method for manufacturing an encapsulated fuel cell stack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020211578.8A DE102020211578A1 (en) 2020-09-16 2020-09-16 Enclosed fuel cell stack, fuel cell system with fuel cell stack and method for manufacturing an encapsulated fuel cell stack

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020211578A1 true DE102020211578A1 (en) 2022-03-17

Family

ID=80351536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020211578.8A Pending DE102020211578A1 (en) 2020-09-16 2020-09-16 Enclosed fuel cell stack, fuel cell system with fuel cell stack and method for manufacturing an encapsulated fuel cell stack

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020211578A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050282058A1 (en) 2004-06-18 2005-12-22 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell housing structure
US20080305368A1 (en) 2007-06-11 2008-12-11 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell stack
US20150380762A1 (en) 2013-02-26 2015-12-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell apparatus and manufacturing method of the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050282058A1 (en) 2004-06-18 2005-12-22 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell housing structure
US20080305368A1 (en) 2007-06-11 2008-12-11 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell stack
US20150380762A1 (en) 2013-02-26 2015-12-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell apparatus and manufacturing method of the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112006000193B4 (en) Fuel cell, separator and gas separator for a fuel cell
DE4006264A1 (en) BOILER WATER CORE REACTOR AND CORE REACTOR FUEL ELEMENT FOR THIS BOILER WATER CORE REACTOR
DE2339104A1 (en) NUCLEAR REACTOR
DE112008002991T5 (en) Fuel cell and gas parabola for fuel cell
AT505300A4 (en) Plate heat exchanger
DE23742T1 (en) BASE FOR THE STORAGE OF NUCLEAR FUEL BUNCHES.
DE3131398C2 (en)
WO1999017006A1 (en) Honeycomb body structure with supporting sections
DE2755914A1 (en) HOLDING GRID FOR CORE FUEL ELEMENTS
EP0587608B1 (en) Fuel element with a grid structure between the rods
DE102020211578A1 (en) Enclosed fuel cell stack, fuel cell system with fuel cell stack and method for manufacturing an encapsulated fuel cell stack
EP0834622A2 (en) Heat insulated connection between external concrete elements, particularly cantilever parts, and building
DE102018216047A1 (en) Cooling structure
WO2010055048A1 (en) Fuel element for a pressurized-water nuclear reactor
EP1540662B1 (en) Spacer
DE202021105966U1 (en) Spacer bar
EP1575076A2 (en) Fuseholder for flat fuses
DE7128521U (en) SPACER AND GRID ARRANGEMENT FOR NUCLEAR REACTORS
DE8129873U1 (en) PIPE HOLDER
DE102020214637A1 (en) Battery cell assembly
DE102008017600B4 (en) Gas distribution field plate with improved gas distribution for a fuel cell and a fuel cell containing such
DE102004019395A1 (en) Drainage system for incorporating into ground layers has a stack of corrugated plastic sheets with vertical stabilising rods to form a load supporting structure
DE102019128143A1 (en) Temperature control and support device for a battery module, battery module and battery
DE102021105712B3 (en) Bipolar plate for a fuel cell and method for manufacturing a bipolar plate
DE102021131784B3 (en) Battery, preferably traction battery

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified